JP3143859B2 - Method for producing nuclear fuel granules using insoluble tannin - Google Patents

Method for producing nuclear fuel granules using insoluble tannin

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JP3143859B2
JP3143859B2 JP7403896A JP7403896A JP3143859B2 JP 3143859 B2 JP3143859 B2 JP 3143859B2 JP 7403896 A JP7403896 A JP 7403896A JP 7403896 A JP7403896 A JP 7403896A JP 3143859 B2 JP3143859 B2 JP 3143859B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はウラン、トリウム等
の核燃料物質を不溶性タンニンに吸着させることにより
核燃料顆粒を製造する方法に関する。
The present invention relates to a method for producing nuclear fuel granules by adsorbing nuclear fuel materials such as uranium and thorium onto insoluble tannins.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、放射性廃液中のウラン、トリ
ウム等の核燃料物質を不溶性タンニンに吸着させ、この
不溶性タンニンを焼却することにより核燃料物質の酸化
物にして、この酸化物を核燃料として再利用する方法が
提案されている(特開平3−206094)。
2. Description of the Related Art Conventionally, nuclear fuel substances such as uranium and thorium in radioactive waste liquid have been adsorbed on insoluble tannins, and the insoluble tannins have been incinerated to form oxides of the nuclear fuel substances, which are reused as nuclear fuel. (Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 3-206094).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法で、不溶性タンニンに核燃料物質を吸着させるため
に、不溶性タンニンを核燃料物質を含む水溶液に接触さ
せると、不溶性タンニンは膨潤し、非常に嵩が大きくな
る。この膨潤した不溶性タンニンの含水率は高いため、
この状態で焼却しようとすると、熱エネルギを多大に消
費する上、その温度管理が複雑になる不具合があった。
また一般に放射性廃液中のウラン濃度は数百ppbと低
いため、放射性廃液を出発原料として上記方法により核
燃料を製造しようとする場合には、多量の不溶性タンニ
ンと長い吸着時間を必要とし、生産効率が極めて劣る欠
点があった。また不溶性タンニンは数μmから数mmま
での粒度分布を有しており、数μmの不溶性タンニンに
核燃料物質を吸着して、これを焼却した場合には、数μ
mの微粉末の核燃料が得られる。この微粉末の核燃料を
用いてペレットや充填型の核燃料を製造する場合には、
ペレットや充填型の核燃料製造中に微粉末の核燃料が飛
散する問題点があった。本発明の目的は、核燃料顆粒を
用いてペレットや充填型の核燃料を製造するときに微粉
末となって飛散することがなく、少ないエネルギ消費量
で効率よく核燃料顆粒を製造する方法を提供することに
ある。
However, when the insoluble tannin is brought into contact with the aqueous solution containing the nuclear fuel substance in order to cause the nuclear fuel substance to be adsorbed on the insoluble tannin, the insoluble tannin swells and becomes very bulky. Becomes larger. Because the water content of the swollen insoluble tannin is high,
Attempts to incinerate in this state consume a large amount of heat energy, and also complicate temperature management.
In addition, since the uranium concentration in radioactive waste liquid is generally as low as several hundred ppb, when radioactive waste liquid is used as a starting material to produce nuclear fuel by the above method, a large amount of insoluble tannin and a long adsorption time are required, and the production efficiency is low. There was a very poor disadvantage. The insoluble tannin has a particle size distribution of several μm to several mm, and when a nuclear fuel substance is adsorbed on the insoluble tannin of several μm and incinerated, several μm
m of fine nuclear fuel is obtained. In the case of producing pellets or packed nuclear fuel using this fine powder nuclear fuel,
There was a problem that nuclear fuel in the form of fine powder was scattered during the production of pellet or packed nuclear fuel. An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing nuclear fuel granules with small energy consumption without being scattered as fine powder when producing pellets or packed nuclear fuel using nuclear fuel granules. It is in.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
核燃料物質を含む水溶液を不溶性タンニンと接触させて
不溶性タンニンに核燃料物質を吸着させた後、前記核燃
料物質を吸着した不溶性タンニンを焼くことにより核燃
料を製造する方法の改良であって、不溶性タンニンの粒
度が0.01〜5mmであって、水溶液が1〜10重量
%の核燃料物質を含み、上記核燃料物質を吸着した不溶
性タンニンを圧縮脱水した後、室温から400℃の温度
で乾燥し、この乾燥した不溶性タンニンを酸化雰囲気又
は非酸化雰囲気中で400〜2000℃の温度で焙焼す
ることを特徴とする不溶性タンニンを用いた核燃料顆粒
の製造方法である。
The invention according to claim 1 is
An aqueous solution containing a nuclear fuel substance is brought into contact with an insoluble tannin to cause the nuclear fuel substance to be adsorbed to the insoluble tannin, and then the nuclear fuel substance is adsorbed on the insoluble tannin. Is 0.01 to 5 mm, the aqueous solution contains 1 to 10% by weight of the nuclear fuel material, and the insoluble tannin to which the nuclear fuel material is adsorbed is subjected to compression dehydration, and then dried at a temperature from room temperature to 400 ° C. A method for producing nuclear fuel granules using insoluble tannin, comprising roasting insoluble tannin in an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 400 to 2000 ° C.

【0005】核燃料物質を吸着した不溶性タンニンを焙
焼すると、不溶性タンニンが焼失し核燃料物質のみにな
る。不溶性タンニンは粒度が0.01〜5mmであるた
め、焙焼後の核燃料は顆粒状になり、後のペレットや充
填型の核燃料製造中に微粉末となって飛散する恐れはな
い。不溶性タンニンの粒度が0.01mm未満では飛散
を生じやすく、また粒度が5mmを超える不溶性タンニ
ンは入手が容易でない。また核燃料物質を吸着した不溶
性タンニンを焼く前に圧縮脱水して所定の温度で乾燥す
るため、不溶性タンニンに吸着した核燃料物質を溶出さ
せることなく膨潤した不溶性タンニンの含水率を低下さ
せて、乾燥及び焙焼に要するエネルギー消費量を大幅に
減少させることができる。また乾燥及び焙焼の温度管理
も容易になる。水溶液中の核燃料物質濃度を1〜10重
量%にすることにより、不溶性タンニンが比較的少量で
済み、かつ短い吸着時間で効率よく不溶性タンニンに核
燃料物質を吸着することができる。
[0005] When the insoluble tannin to which the nuclear fuel material is adsorbed is roasted, the insoluble tannin is burned off and only the nuclear fuel material is obtained. Since the insoluble tannin has a particle size of 0.01 to 5 mm, the nuclear fuel after roasting becomes granular, and there is no possibility of scattering as a fine powder during the production of pellets or packed nuclear fuel later. If the particle size of the insoluble tannin is less than 0.01 mm, scattering is likely to occur, and insoluble tannin having a particle size exceeding 5 mm is not easily available. In addition, since the insoluble tannin to which the nuclear fuel material is adsorbed is compressed and dehydrated before baking and dried at a predetermined temperature, the water content of the insoluble tannin swollen without eluting the nuclear fuel material adsorbed to the insoluble tannin is reduced, and drying and Energy consumption required for roasting can be greatly reduced. In addition, temperature control for drying and roasting becomes easy. By adjusting the concentration of the nuclear fuel substance in the aqueous solution to 1 to 10% by weight, a relatively small amount of insoluble tannin is required, and the nuclear fuel substance can be efficiently adsorbed to the insoluble tannin in a short adsorption time.

【0006】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、核燃料物質を含む水溶液がウラン濃度が1
〜10重量%のウラン化合物水溶液であって、この水溶
液のpHが3〜4である方法である。ウラン濃度が1重
量%未満の場合、ウランを吸着した後の廃液量が多くな
り過ぎ、また10重量%を超えると、ウランを全て不溶
性タンニンに吸着することが困難で廃液中にウランが残
存し、それぞれ好ましくない。またウランを含む水溶液
のpHが3未満の場合、不溶性タンニンへのウラン吸着
率が著しく低下し、またpHが4を超えると、水溶液に
沈殿が生じ、それぞれ好ましくない。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the aqueous solution containing the nuclear fuel substance has a uranium concentration of 1
This is a method in which an aqueous solution of a uranium compound is 10 to 10% by weight, and the pH of the aqueous solution is 3 to 4. If the uranium concentration is less than 1% by weight, the amount of waste liquid after adsorbing uranium becomes too large, and if it exceeds 10% by weight, it is difficult to adsorb all uranium to insoluble tannin, and uranium remains in the waste liquid. , Respectively, is not preferred. Further, when the pH of the aqueous solution containing uranium is less than 3, the uranium adsorption rate to insoluble tannin is significantly reduced, and when the pH exceeds 4, precipitation occurs in the aqueous solution, which is not preferable.

【0007】請求項3に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、乾燥した不溶性タンニンを酸化雰囲
気中で400〜800℃の温度で焙焼する方法である。
この方法はペレットを作るための酸化物の形態で核燃料
顆粒を製造する方法である。酸化物とする場合には、乾
燥後の不溶性タンニンを酸化雰囲気、即ち大気中又は酸
素中で焙焼する。この結果、タンニン成分のみが燃焼で
除去され、吸着していたウラン等の核燃料物質は酸化物
に転換されとともに緩く凝集した粒子を形成する。40
0〜800℃の範囲の焙焼では粒子は不必要に焼結しな
いため、そのままの形態でペレットの形状に成形するこ
とができる。このペレットを焼結することによって従来
から原子炉で使用されている焼結燃料と同じ核燃料が得
られる。400℃よりも低い温度ではタンニン成分を焙
焼するのに時間がかかるか又は完全に焙焼されず、炭素
等の不純物が多く残留する。800℃を超える温度では
粒子の焼結が進み、焼結したままではペレット用原料と
することはできず粉砕を必要とする。粉砕時に微粉を発
生する不具合を生じる。
A third aspect of the present invention is the method according to the first or second aspect, wherein the dried insoluble tannin is roasted at a temperature of 400 to 800 ° C. in an oxidizing atmosphere.
This method is a method of producing nuclear fuel granules in the form of an oxide for making pellets. When an oxide is used, the insoluble tannin after drying is roasted in an oxidizing atmosphere, that is, in the air or oxygen. As a result, only the tannin component is removed by combustion, and the adsorbed nuclear fuel material such as uranium is converted into an oxide and forms loosely aggregated particles. 40
In the roasting in the range of 0 to 800 ° C., the particles are not unnecessarily sintered, and thus can be formed into a pellet shape as it is. By sintering the pellets, the same nuclear fuel as that conventionally used in nuclear reactors can be obtained. At a temperature lower than 400 ° C., it takes a long time to roast the tannin component, or the tannin component is not completely roasted, and many impurities such as carbon remain. If the temperature exceeds 800 ° C., the sintering of the particles proceeds, and if it is sintered, it cannot be used as a raw material for pellets, and thus requires pulverization. There is a problem that fine powder is generated during pulverization.

【0008】請求項4に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、乾燥した不溶性タンニンを酸化雰囲
気中で800〜1800℃の温度で焙焼する方法であ
る。この方法は充填型の核燃料を作るための酸化物の形
態で核燃料顆粒を製造する方法である。800℃以上の
温度では粒子の焼結が進み、タップ密度の高い粒子とな
るため、そのまま金属管に充填して核燃料とすることが
できる。800℃未満では粒子の焼結が起こらず所望の
タップ密度が得られない。1800℃を超える温度で焙
焼を行ってもそれ以上タップ密度は上昇せず、エネルギ
ーの節約上、1800℃の上限温度が決められる。ここ
でタップ密度とは、粒子を所定の容器に入れて、振動を
加えて充填したときの粒子質量を粒子体積で除した値を
いう。
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2, which is a method of roasting dried insoluble tannin at a temperature of 800 to 1800 ° C. in an oxidizing atmosphere. This method is a method of producing nuclear fuel granules in the form of an oxide for producing a filled nuclear fuel. At a temperature of 800 ° C. or higher, the sintering of the particles proceeds, and the particles have a high tap density. Therefore, the particles can be directly filled in a metal tube to be used as a nuclear fuel. If the temperature is lower than 800 ° C., sintering of the particles does not occur and a desired tap density cannot be obtained. Even if roasting is performed at a temperature exceeding 1800 ° C., the tap density does not increase any more, and the upper limit temperature of 1800 ° C. is determined for energy saving. Here, the tap density refers to a value obtained by dividing the mass of the particles when the particles are placed in a predetermined container and filled by applying vibration, by the particle volume.

【0009】請求項5に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、乾燥した不溶性タンニンをアルゴン
ガス雰囲気中で800〜1700℃の温度で焙焼する方
法である。この方法はペレットを作るための炭化物の形
態で核燃料顆粒を製造する方法である。乾燥後の不溶性
タンニンをアルゴンガス雰囲気中で焙焼すると、タンニ
ン成分は炭化し、ウラン等の核燃料物質と反応して炭化
物を生成する。800〜1700℃の範囲で焙焼する
と、得られた炭化物粒子の凝集は比較的緩やかであるた
め、そのままペレットの形状に成形して、このペレット
を焼結することによって核燃料ペレットにすることがで
きる。この焙焼温度が800℃未満では炭化物が生成せ
ず、1700℃を超える温度では粒子の焼結が進み、焼
結したままではペレット用原料とすることはできず粉砕
を必要とする。粉砕時に微粉を発生する不具合を生じ
る。
The invention according to claim 5 is the invention according to claim 1 or 2, which is a method for roasting dried insoluble tannin at a temperature of 800 to 1700 ° C. in an argon gas atmosphere. This method is a method for producing nuclear fuel granules in the form of carbides for making pellets. When the insoluble tannin after drying is roasted in an argon gas atmosphere, the tannin component is carbonized and reacts with a nuclear fuel substance such as uranium to form a carbide. When roasting at a temperature in the range of 800 to 1700 ° C., the obtained carbide particles are relatively agglomerated, so that they can be formed into pellets as they are, and the pellets can be sintered into nuclear fuel pellets. . If the roasting temperature is lower than 800 ° C., carbides are not generated, and if the roasting temperature is higher than 1700 ° C., sintering of the particles proceeds. There is a problem that fine powder is generated during pulverization.

【0010】請求項6に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、乾燥した不溶性タンニンをアルゴン
ガス雰囲気中で1700〜2000℃の温度で焙焼する
方法である。この方法は充填型の核燃料を作るための炭
化物の形態で核燃料顆粒を製造する方法である。170
0℃以上の温度では粒子の焼結が進み、タップ密度の高
い粒子となるため、そのまま金属管に充填して核燃料と
することができる。1700℃未満では粒子の焼結が起
こらず所望のタップ密度が得られない。2000℃を超
えると炭化物が分解する。
The invention according to claim 6 is the invention according to claim 1 or 2, which is a method for roasting dried insoluble tannin at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in an argon gas atmosphere. This method is a method of producing nuclear fuel granules in the form of a carbide for producing a filled nuclear fuel. 170
At a temperature of 0 ° C. or higher, the sintering of the particles proceeds, and the particles become particles having a high tap density. Therefore, the particles can be directly filled in a metal tube to be used as nuclear fuel. If the temperature is lower than 1700 ° C., sintering of the particles does not occur and a desired tap density cannot be obtained. If it exceeds 2000 ° C., carbides will decompose.

【0011】請求項7に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、乾燥した不溶性タンニンを窒素ガス
雰囲気中で1200〜1700℃の温度で焙焼する方法
である。この方法はペレットを作るための窒化物の形態
で核燃料顆粒を製造する方法である。乾燥後の不溶性タ
ンニンを窒素ガス雰囲気中で焙焼すると、上記炭化物の
場合と同様に、先ずタンニン成分は炭化し、800℃以
上の温度でウラン等の原子燃料物質と反応して炭化物を
生成する。次いでこの炭化物は1200℃以上の温度で
雰囲気の窒素ガスと反応して窒化物となる。1200〜
1700℃の範囲で焙焼すると、得られた窒化物粒子の
凝集は比較的緩いため、そのままペレットの形状に成形
して、このペレットを焼結することによって核燃料ペレ
ットにすることができる。この焙焼温度が1200℃未
満では窒化物が生成せず、1700℃を超える温度では
粒子の焼結が進み、焼結したままではペレット用原料と
することはできず粉砕を必要とする。粉砕時に微粉を発
生する不具合を生じる。
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 1 or 2, which is a method of roasting dried insoluble tannin at a temperature of 1200 to 1700 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. This method is a method of producing nuclear fuel granules in the form of a nitride for making pellets. When the insoluble tannin after drying is roasted in a nitrogen gas atmosphere, the tannin component is first carbonized and reacts with a nuclear fuel material such as uranium at a temperature of 800 ° C. or more to produce a carbide, as in the case of the above-mentioned carbide. . Next, the carbide reacts with the nitrogen gas in the atmosphere at a temperature of 1200 ° C. or more to form a nitride. 1200-
When roasting at a temperature in the range of 1700 ° C., the obtained nitride particles are relatively loosely aggregated. Therefore, the particles can be formed into pellet shapes as they are, and the pellets can be sintered into nuclear fuel pellets. If the roasting temperature is lower than 1200 ° C., nitrides are not generated, and if the roasting temperature is higher than 1700 ° C., the sintering of the particles proceeds. There is a problem that fine powder is generated during pulverization.

【0012】請求項8に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、乾燥した不溶性タンニンを窒素ガス
雰囲気中で1700〜2000℃の温度で焙焼する方法
である。この方法は充填型の核燃料を作るための窒化物
の形態で核燃料顆粒を製造する方法である。1700℃
以上の温度では粒子の焼結が進み、タップ密度の高い粒
子となるため、そのまま金属管に充填して核燃料とする
ことができる。1700℃未満では粒子の焼結が起こら
ず所望のタップ密度が得られない。2000℃を超える
と窒化物が分解する。
An eighth aspect of the present invention is the method according to the first or second aspect, wherein the dried insoluble tannin is roasted at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. This method is a method of producing nuclear fuel granules in the form of a nitride for producing a filled nuclear fuel. 1700 ° C
At the above temperature, the sintering of the particles proceeds, and the particles have a high tap density. Therefore, the particles can be directly filled into a metal tube to be used as nuclear fuel. If the temperature is lower than 1700 ° C., sintering of the particles does not occur and a desired tap density cannot be obtained. If it exceeds 2000 ° C., the nitride will decompose.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の核燃料物質を含む水溶液
は、トリウム、ウラン、プルトニウム、その他の超ウラ
ン元素(以下、ウラン等という)を1種又は2種以上含
む水溶液である。具体的にはウラン、プルトニウム等の
ウラン等の元素を硝酸ウラニル、硝酸プルトニウムのよ
うな化合物の形態で含有して水に溶解した水溶液であ
る。この水溶液は、例えば使用済核燃料の再処理により
得られる硝酸ウラニルや硝酸プルトニウム及びその他超
ウラン元素を含有した硝酸溶液、或いはウラン燃料の原
料である六フッ化ウランの加水分解で生成するフッ化ウ
ラニル水溶液などである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The aqueous solution containing a nuclear fuel substance of the present invention is an aqueous solution containing one or more of thorium, uranium, plutonium, and other transuranium elements (hereinafter, referred to as uranium). Specifically, it is an aqueous solution containing an element such as uranium such as uranium or plutonium in the form of a compound such as uranyl nitrate or plutonium nitrate and dissolving in water. This aqueous solution is, for example, a nitric acid solution containing uranyl nitrate, plutonium nitrate, and other transuranium elements obtained by reprocessing spent nuclear fuel, or uranyl fluoride generated by hydrolysis of uranium hexafluoride, which is a raw material of uranium fuel. Aqueous solution and the like.

【0014】本発明の不溶性タンニンは、水、酸又はア
ルカリのいずれに対しても不溶なタンニンを意味する。
この不溶性タンニンは、アンモニア水に加水分解型タン
ニン粉末を溶解し、この溶液にアルデヒド水溶液を添加
混合して沈殿物を生成し、この沈殿物を加熱し、この加
熱した沈殿物に鉱酸を添加混合した後、濾過乾燥して作
られるものが好ましい。その他の不溶性タンニンとし
て、縮合型タンニン粉末をアルデヒド水溶液に溶解し、
この溶液にアンモニアを添加して沈澱物を生成し、この
沈澱物を熟成して得られるものが挙げられる。本発明で
使用される粒度が0.01〜5mmの不溶性タンニン
は、例えば上記方法で得られる不溶性タンニンを所定の
メッシュの篩で分別する。
The insoluble tannin of the present invention means a tannin that is insoluble in any of water, acid and alkali.
This insoluble tannin is prepared by dissolving a hydrolyzable tannin powder in aqueous ammonia, adding an aldehyde aqueous solution to the solution to form a precipitate, heating the precipitate, and adding a mineral acid to the heated precipitate. After mixing, it is preferably formed by filtration and drying. As other insoluble tannins, dissolve the condensed tannin powder in an aqueous aldehyde solution,
Ammonia is added to this solution to form a precipitate, and the precipitate is aged. For the insoluble tannin having a particle size of 0.01 to 5 mm used in the present invention, for example, the insoluble tannin obtained by the above method is fractionated through a predetermined mesh sieve.

【0015】核燃料物質を含む水溶液を不溶性タンニン
と接触させて不溶性タンニンにウラン等の核燃料物質を
吸着させるためには、不溶性タンニンを充填したカラム
に核燃料物質を含む水溶液を通す方法や、核燃料物質を
含む水溶液に不溶性タンニンを添加し、濾過することに
より核燃料物質を吸着した不溶性タンニンを回収する方
法等が採用される。工程の連続性を考慮した場合には、
前者の方法が好ましい。核燃料物質を吸着し膨潤した不
溶性タンニンを圧縮脱水するためには、対向離間して互
いに反対方向に回転する2本のロールの間に上記膨潤し
たタンニンを通す方法や、液圧プレスを利用する方法等
が採用される。工程の連続性を考慮した場合には、前者
の方法が好ましい。
In order to bring an aqueous solution containing a nuclear fuel substance into contact with an insoluble tannin and adsorb a nuclear fuel substance such as uranium to the insoluble tannin, a method of passing an aqueous solution containing the nuclear fuel substance through a column filled with the insoluble tannin, A method of adding insoluble tannin to an aqueous solution containing the solution and filtering the solution to recover the insoluble tannin having adsorbed the nuclear fuel substance is adopted. When considering the continuity of the process,
The former method is preferred. In order to compress and dehydrate the swollen insoluble tannin by adsorbing the nuclear fuel material, a method of passing the swollen tannin between two rolls which are opposed to each other and rotate in opposite directions, or a method using a hydraulic press Etc. are adopted. When the continuity of the process is considered, the former method is preferable.

【0016】圧縮脱水された不溶性タンニンの乾燥は、
室温から400℃の温度範囲で行われる。この乾燥が不
十分な場合には後の焙焼時にウラン等の核燃料物質の粒
子が壊れやすく、微粉が発生する不都合がある。乾燥温
度が室温未満では乾燥に時間がかかりすぎて不便であ
り、400℃を超えると水分の急激な蒸発により核燃料
物質の粒子が壊れやすく、その時に微粉が発生しやすく
なる。焙焼工程は乾燥後の不溶性タンニン中のタンニン
成分を炭素、水素、酸素に分解し、或いは燃焼させ、核
燃料物質成分を核燃料として使用できる安定な化学形態
である酸化物、炭化物又は窒化物とするのに必要な工程
である。酸化物、炭化物又は窒化物にするためには、前
述したように雰囲気と焙焼温度を変更する必要がある。
焙焼時間は不溶性タンニンの量に応じて変化するが、約
10分〜10時間である。
The drying of the insoluble tannin which has been dehydrated by compression is performed by
It is performed in a temperature range from room temperature to 400 ° C. If the drying is insufficient, particles of nuclear fuel material such as uranium are easily broken at the time of roasting, and there is a disadvantage that fine powder is generated. If the drying temperature is lower than room temperature, it takes too much time for drying, which is inconvenient. If it exceeds 400 ° C., the particles of the nuclear fuel material are easily broken by rapid evaporation of water, and fine powder is easily generated at that time. The roasting process decomposes or burns the tannin component in the insoluble tannin after drying into carbon, hydrogen, or oxygen, and converts the nuclear fuel material component into an oxide, carbide, or nitride that is a stable chemical form that can be used as nuclear fuel. This is a necessary step. In order to make oxides, carbides or nitrides, it is necessary to change the atmosphere and the roasting temperature as described above.
The roasting time varies depending on the amount of insoluble tannin, but is about 10 minutes to 10 hours.

【0017】炭化物の形態で核燃料顆粒を得る場合に、
タンニンの炭化で得られる炭素の量はウラン等の金属成
分を還元しかつ炭化するのに十分な量であり、専ら過剰
になる。この過剰炭素は雰囲気中に水素を加えること
(メタン化反応(methanation))により、メタン等のガ
スの形で除去することができる。またこの粒子を炭素マ
トリックス中に分散させた、いわゆる燃料コンパクトと
して、例えば高温ガス炉で使用する場合には、この炭素
を除去する必要はなくなる。
When obtaining nuclear fuel granules in the form of carbides,
The amount of carbon obtained by carbonization of tannin is an amount sufficient to reduce and carbonize metal components such as uranium, and is exclusively excessive. This excess carbon can be removed in the form of a gas such as methane by adding hydrogen to the atmosphere (methanation reaction). When the particles are dispersed in a carbon matrix and used as a so-called fuel compact, for example, in a high-temperature gas furnace, there is no need to remove the carbon.

【0018】[0018]

【実施例】次に本発明の具体的態様を示すために、本発
明の実施例を比較例とともに説明する。 <実施例1>粒度が0.01〜5mm(平均粒度が約1
mm)の不溶性タンニン(商品名:タンニックス、三菱
原子燃料(株)製)及びウラン濃度が3重量%でpHが3
の水溶液(硝酸ウラニル水溶液)をそれぞれ準備した。
容器に温度が25℃の上記水溶液500mlを貯え、こ
の水溶液に上記不溶性タンニン700g(乾燥重量で約
150g)を添加し、約1時間撹拌して、不溶性タンニ
ンにウラン成分を吸着させた。このウラン成分を吸着し
た不溶性タンニンを容器から取り出した後、対向離間し
て互いに反対方向に回転する2本のロールの間に膨潤し
た不溶性タンニンを通して含水率が40%になるまで圧
縮脱水した。
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples in order to show specific embodiments of the present invention. <Example 1> Particle size is 0.01 to 5 mm (average particle size is about 1
mm) of insoluble tannin (trade name: Tannics, manufactured by Mitsubishi Nuclear Fuel Co., Ltd.) and a uranium concentration of 3% by weight and a pH of 3
(Uranyl nitrate aqueous solution) was prepared.
500 ml of the aqueous solution having a temperature of 25 ° C. was stored in a container, and 700 g of the insoluble tannin (about 150 g in dry weight) was added to the aqueous solution, and the mixture was stirred for about 1 hour to adsorb the uranium component to the insoluble tannin. After removing the insoluble tannin to which the uranium component was adsorbed from the container, the uranium component was compressed and dehydrated through the insoluble tannin swollen between two rolls facing and separated from each other and rotating in opposite directions until the water content became 40%.

【0019】圧縮脱水した不溶性タンニンを200℃で
1時間乾燥した後、酸素雰囲気中で800℃で2時間焙
焼した。焙焼により不溶性タンニンが焼失し、粒度が
0.01〜4mmの多孔質の顆粒を得た。顆粒の平均粒
度は約0.7mmであった。この顆粒をX線回折により
分析したところ、ウラン酸化物であった。
The insoluble tannin which had been dehydrated by compression was dried at 200 ° C. for 1 hour and then calcined at 800 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere. The insoluble tannin was burned off by roasting, and porous granules having a particle size of 0.01 to 4 mm were obtained. The average particle size of the granules was about 0.7 mm. When the granules were analyzed by X-ray diffraction, they were uranium oxides.

【0020】<実施例2>ウラン濃度が実施例1と同一
でpHが4の水溶液を用いた以外、実施例1と同様にし
てウラン酸化物からなる多孔質の顆粒を得た。
Example 2 Porous granules composed of uranium oxide were obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution having the same uranium concentration as in Example 1 and a pH of 4 was used.

【0021】<比較例1>ウラン濃度が実施例1と同一
でpHが2の水溶液を用いた以外、実施例1と同様にし
てウラン酸化物からなる多孔質の顆粒を得た。
Comparative Example 1 Porous granules made of uranium oxide were obtained in the same manner as in Example 1 except that an aqueous solution having the same uranium concentration as in Example 1 and a pH of 2 was used.

【0022】<比較試験>膨潤した不溶性タンニンを取
り出した容器に残っている実施例1、2及び比較例1の
それぞれ水溶液中のウラン濃度を求め、次式により不溶
性タンニンの吸着率αを調べた。その結果を表1に示
す。 α=[(Co−Ct)/Co]×100(%) ただし、Coは不溶性タンニン添加前の水溶液中のウラ
ン濃度、Ctは不溶性タンニンを取り出した後の水溶液
中のウラン濃度である。
<Comparative Test> The uranium concentration in each of the aqueous solutions of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 remaining in the container from which the swollen insoluble tannin was removed was determined, and the adsorption rate α of the insoluble tannin was determined by the following equation. . Table 1 shows the results. α = [(Co-Ct) / Co] × 100 (%) where Co is the uranium concentration in the aqueous solution before adding the insoluble tannin, and Ct is the uranium concentration in the aqueous solution after removing the insoluble tannin.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】不溶性タンニンのウラン吸着率が、pHが
2の比較例1では3.8%であったのに対して、pHが
3、4の実施例1及び2ではそれぞれ93.2%、9
8.0%であり、実施例1、2の方がより効率よく核燃
料顆粒を製造することができることが判った。
The uranium adsorption rate of the insoluble tannin was 3.8% in Comparative Example 1 with a pH of 2, whereas 93.2% and 9 in Examples 1 and 2 with a pH of 3 and 4, respectively.
8.0%, which indicates that Examples 1 and 2 can produce nuclear fuel granules more efficiently.

【0025】<実施例3>アルゴンガス雰囲気中で16
00℃で4時間焙焼し、その後水素雰囲気で過剰炭素を
メタン化反応させて除去する以外、実施例1と同様にし
て粒度が0.01〜4mmの多孔質の顆粒を得た。顆粒
の平均粒度は約0.6mmであった。この顆粒を実施例
1と同じ分析器で分析したところ、ウラン炭化物であっ
た。
<Embodiment 3> In an argon gas atmosphere, 16
Porous granules having a particle size of 0.01 to 4 mm were obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixture was roasted at 00 ° C. for 4 hours and then excess carbon was removed by a methanation reaction in a hydrogen atmosphere. The average particle size of the granules was about 0.6 mm. The granules were analyzed by the same analyzer as in Example 1 and found to be uranium carbide.

【0026】<実施例4>窒素ガス雰囲気中で1600
℃で4時間焙焼し、その後水素雰囲気で過剰炭素をメタ
ン化反応させて除去する以外、実施例1と同様にして粒
度が0.01〜4mmの多孔質の顆粒を得た。顆粒の平
均粒度は約0.6mmであった。この顆粒を実施例1と
同じ分析器で分析したところ、ウラン窒化物であった。
Example 4 1600 in a nitrogen gas atmosphere
The resulting mixture was roasted at 4 ° C. for 4 hours, and then subjected to a methanation reaction in a hydrogen atmosphere to remove excess carbon, thereby obtaining porous granules having a particle size of 0.01 to 4 mm in the same manner as in Example 1. The average particle size of the granules was about 0.6 mm. The granules were analyzed by the same analyzer as in Example 1 and found to be uranium nitride.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、核
燃料物質を含む水溶液を所定の粒度の不溶性タンニンと
接触させて不溶性タンニンに核燃料物質を吸着させ、核
燃料物質を吸着した不溶性タンニンを圧縮脱水して、乾
燥した後、焙焼するようにしたので、不溶性タンニンが
焼失した顆粒の核燃料が得られる。この核燃料顆粒から
ペレットや充填型燃料を製造すれば、この製造工程中に
おいて顆粒が微粉末となって飛散することがない。また
圧縮脱水して乾燥、焙焼するので、製造に要するエネル
ギー消費量が少ない効果が得られる。
As described above, according to the present invention, an aqueous solution containing a nuclear fuel substance is brought into contact with an insoluble tannin having a predetermined particle size to adsorb the nuclear fuel substance to the insoluble tannin, and the insoluble tannin having the nuclear fuel substance adsorbed thereon is produced. After compression dehydration, drying, and roasting, a granular nuclear fuel in which insoluble tannin has been burnt out can be obtained. If pellets or filled fuel are produced from the nuclear fuel granules, the granules will not be scattered as fine powder during the production process. In addition, since compression dehydration, drying, and roasting are performed, an effect of reducing energy consumption required for production can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C07G 17/00 C07G 17/00 A (56)参考文献 特開 平5−50058(JP,A) 特開 平5−66291(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21F 9/06 G21C 19/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI // C07G 17/00 C07G 17/00 A (56) References JP-A-5-50058 (JP, A) JP-A 5- 66291 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G21F 9/06 G21C 19/46

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 核燃料物質を含む水溶液を不溶性タンニ
ンと接触させて不溶性タンニンに核燃料物質を吸着させ
た後、前記核燃料物質を吸着した不溶性タンニンを焼く
ことにより核燃料を製造する方法において、 前記不溶性タンニンはその粒度が0.01〜5mmであ
って、前記水溶液は1〜10重量%の核燃料物質を含
み、前記核燃料物質を吸着した不溶性タンニンを圧縮脱
水した後、室温から400℃の温度で乾燥し、前記乾燥
した不溶性タンニンを酸化雰囲気又は非酸化雰囲気中で
400〜2000℃の温度で焙焼することを特徴とする
不溶性タンニンを用いた核燃料顆粒の製造方法。
1. A method for producing nuclear fuel by bringing an aqueous solution containing a nuclear fuel substance into contact with insoluble tannin to cause the nuclear fuel substance to be adsorbed on the insoluble tannin, and then baking the insoluble tannin adsorbing the nuclear fuel substance. Has a particle size of 0.01 to 5 mm, the aqueous solution contains 1 to 10% by weight of nuclear fuel material, and after insoluble tannin adsorbing the nuclear fuel material is compressed and dehydrated, dried at room temperature to 400 ° C. And baking the dried insoluble tannin in an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 400 to 2000 ° C., to produce nuclear fuel granules using insoluble tannin.
【請求項2】 核燃料物質を含む水溶液がウラン濃度が
1〜10重量%のウラン化合物水溶液であって、前記水
溶液のpHが3〜4である請求項1記載の不溶性タンニ
ンを用いた核燃料顆粒の製造方法。
2. The nuclear fuel granules using insoluble tannin according to claim 1, wherein the aqueous solution containing a nuclear fuel substance is a uranium compound aqueous solution having a uranium concentration of 1 to 10% by weight, and the pH of the aqueous solution is 3 to 4. Production method.
【請求項3】 乾燥した不溶性タンニンを酸化雰囲気中
で400〜800℃の温度で焙焼する請求項1又は2記
載の不溶性タンニンを用いた核燃料顆粒の製造方法。
3. The method for producing nuclear fuel granules using insoluble tannin according to claim 1, wherein the dried insoluble tannin is roasted in an oxidizing atmosphere at a temperature of 400 to 800 ° C.
【請求項4】 乾燥した不溶性タンニンを酸化雰囲気中
で800〜1800℃の温度で焙焼する請求項1又は2
記載の不溶性タンニンを用いた核燃料顆粒の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the dried insoluble tannin is roasted in an oxidizing atmosphere at a temperature of 800 to 1800 ° C.
A method for producing nuclear fuel granules using the insoluble tannin according to the above.
【請求項5】 乾燥した不溶性タンニンをアルゴンガス
雰囲気中で800〜1700℃の温度で焙焼する請求項
1又は2記載の不溶性タンニンを用いた核燃料顆粒の製
造方法。
5. The method for producing nuclear fuel granules using insoluble tannin according to claim 1, wherein the dried insoluble tannin is roasted at a temperature of 800 to 1700 ° C. in an argon gas atmosphere.
【請求項6】 乾燥した不溶性タンニンをアルゴンガス
雰囲気中で1700〜2000℃の温度で焙焼する請求
項1又は2記載の不溶性タンニンを用いた核燃料顆粒の
製造方法。
6. The method for producing nuclear fuel granules using insoluble tannin according to claim 1, wherein the dried insoluble tannin is roasted at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in an argon gas atmosphere.
【請求項7】 乾燥した不溶性タンニンを窒素ガス雰囲
気中で1200〜1700℃の温度で焙焼する請求項1
又は2記載の不溶性タンニンを用いた核燃料顆粒の製造
方法。
7. The dried insoluble tannin is roasted at a temperature of 1200 to 1700 ° C. in a nitrogen gas atmosphere.
Or a method for producing nuclear fuel granules using the insoluble tannin according to 2.
【請求項8】 乾燥した不溶性タンニンを窒素ガス雰囲
気中で1700〜2000℃の温度で焙焼する請求項1
又は2記載の不溶性タンニンを用いた核燃料顆粒の製造
方法。
8. The method according to claim 1, wherein the dried insoluble tannin is roasted at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in a nitrogen gas atmosphere.
Or a method for producing nuclear fuel granules using the insoluble tannin according to 2.
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